Скачать 265.32 Kb.
|
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «УТВЕРЖДАЮ»: И.о. проректора-начальник управления по научной работе _______________________ Г.Ф. Ромашкина __________ _____________ 2011 г. ТУРБОМАШИНЫ И КОМБИНИРОВАННЫЕ ТУРБОУСТАНОВКИ Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки (технические науки); Очная, заочная форма обучения «ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»: Автор (ы) работы ______________/Шабаров А.Б./ «01» сентября 2011г. Рассмотрено на заседании кафедры механики многофазных систем «03»сентября 2011 г., протокол № 2. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению. «РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»: Объем 13 стр. Зав. кафедрой ______________________________/Шабаров А.Б./ «______»___________ 2011 г. Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ «___»______________2011 г., протокол № _____. Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы. «СОГЛАСОВАНО»: Председатель УМК ________________________/Глухих И.Н./ «______»_____________2011г. «СОГЛАСОВАНО»: Нач. отдела аспирантуры и докторантуры_____________М.Р. Сорокина «______»_____________2011 г. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт математики, естественных наук и информационных технологийКафедра Механики многофазных системШАБАРОВ А.Б. ТУРБОМАШИНЫ И КОМБИНИРОВАННЫЕ ТУРБОУСТАНОВКИ Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки (технические науки); Очная, заочная форма обучения Тюменский государственный университет 2011 Шабаров Александр Борисович. Турбомашины и комбинированные турбоустановки. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 05.04.12. Турбомашины и комбинированные турбоустановки, очная и заочная форма обучения. Тюмень, Тюменский государственный университет, 2011, 13 стр. Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура). Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Турбомашины и комбинированные турбоустановки [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный. Рекомендовано к изданию кафедрой Механики многофазных систем. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета. ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой Механики многофазных систем, д.т.н., профессор Шабаров А.Б.© Тюменский государственный университет, 2011. © А.Б. Шабаров, 2011. 1. Пояснительная записка
Цель дисциплины - изучение современных методов проектирования и эксплуатации турбомашин и комбинированных установок Задачи учебного курса:
Дисциплина «Турбомашины и комбинированные турбоустановки» – это специальная дисциплина отрасли науки и специальности. При изучении курса используются знания, полученные аспирантами при изучении в специалитете и магистратуре курсов: «Физика», «Математический анализ», «Теплофизика», «Информатика», «Гидрогазодинамика», «Газотурбинные и комбинированные установки», «Термодинамика», «Прикладная термодинамика».
В результате освоения основной образовательной программы аспирант должен обладать следующими компетенциями:
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
– основные схемы, классификации, принцип работы турбомашин и комбинированных турбоустановок; – физические основы теплофизики, происходящие в основных узлах турбомашин; - основные виды диагностики турбомашин;
- применять методы дифференциального и интегрального исчислений, при решении задач стационарного и нестационарного тепломассопереноса; - производить расчетно-параметрический расчет основных частей турбомашин и комбинированных установок; - производить расчет потерь энергии на охлаждение ГТУ;
– методами проектирования турбомашин и комбинированных установок; – методами анализа тепломассопереноса в технологическом процессе; – методами расчета температурных полей и тепловых потоков; – технологией уменьшения потерь тепла при эксплуатации промышленных объектов; - методами повышения эффективности турбомашин; - методикой проведения основных видов диагностики турбомашин;
- современных способах эксплуатации турбомашин и комбинированных установок; - осложнениях при эксплуатации турбомашин и комбинированных установок; - тепловых процессах в основных частях турбомашин и комбинированных установок; - системах охлаждении ГТУ;
Модуль 1: Направления развития газотурбинных и комбинированных установок. Тема 1. Повышение температуры газа перед турбиной – магистральное направление развития ГТУ. Влияние температуры газа на КПД и мощность ГТУ. Потери энергии на охлаждение. Системы охлаждения газотурбинной установки. Рабочий процесс, конструктивная схема и термодинамический цикл газотурбинной и паротурбинной установки. Тема 2. Совершенствование элементов проточной части ГТУ. Влияние КПД компрессоров и турбин на эффективность ГТУ. Методы повышения эффективности турбомашин. Тема 3. Газотурбинные и комбинированные установки термодинамически сложных схем. Установки с охлаждением в процессе сжатия. Промежуточный подогрев газа. Регенеративные газотурбинные установки. Парогазовые установки. Газопаровые установки. Модуль 2: Проблемы совершенствования турбомашин газотурбинных установок. Тема 4. Автоматизированное проектирование турбомашин. Компьютерное моделирование турбомашин. Методы оптимизации турбомашин Тема 5. Работа машин на переменных режимах. Характеристики компрессоров. Характеристики турбин. Управление работой турбомашин на переменных режимах. Тема 6. Современные проблемы прочности турбомашин. Расчеты турбомашин на прочность. Упрочнение поверхности проточной части. Модуль 3: Научные основы эксплуатации ГТУ. Тема 7. Диагностика газотурбинных и комбинированных установок. Термогазодинамическая диагностика газотурбинных установок. Вибродиагностика. Прогнозирование изменения коэффициента полезного действия и мощности газотурбинных и комбинированных установок в процессе эксплуатации. Тема 8. Методы рационального ремонта ГТУ. Современные методы ремонта ГТУ. Ремонт ГТУ на компрессорных станциях. Ремонт ГТУ на специализированных ремонтных предприятиях.
Модуль 1: Направления развития газотурбинных и комбинированных установок. Лабораторная работа №1. Изучение конструкций ГТУ (6 часов) Модуль 2: Проблемы совершенствования турбомашин газотурбинных установок. Лабораторная работа №2. Расчетно-параметрический анализ газотурбинной установки (6 часов) Модуль 3: Научные основы эксплуатации ГТУ. Лабораторная работа №3. Приемо-сдаточные испытания ГТУ на стенде предприятия ООО ПИИ «Газтурбосервис» (6 часов).
Тематика рефератов направлена на расчетный анализ параметров и проектирование основных узлов турбомашины и комбинированной турбоустановки Цель реферата: приобретение навыков теплогидравлического расчета и проектирования узлов турбомашины и комбинированной турбоустановки. Задание для реферата: назначение вида и схемы ГТУ или КУ, максимальной температуры в цикле, мощности установки или расхода рабочего тела, вида топлива.
Задача 1. Определить температуру воздуха за компрессором ГТУ, если температура воздуха при входе в компрессор (по вариантам): а) Т*1=243 К; б) Т*1=273 К; в) Т*1=303 К; степень сжатия πК*=19,6; политропный КПД компрессора ПК=0,91. Задача 2. Определить КПД компрессора ГТУ по параметрам торможения, если температура окружающей среды 270,0 К, а политропный КПД ηПК=0,89. Задача 3. Вычислить мощность компрессора низкого давления (КНД), если температура и давление воздуха в окружающей среде Та=305 К, Ра=0,1012 МПа, коэффициент давления во входном устройстве вх=0,995, политропный КПД ПКНД =0,9, расход воздуха Gв=50 кг/с при трех значениях степени сжатия (по вариантам): а) π*КНД=2,5; б) π*КНД=4,5; в) π*КНД=6,5. Задача 4. Определить мощность, затрачиваемую на сжатие влажного воздуха в компрессоре, если Та=288,0 К; Ра=0,1013 МПа; температура воздуха при выходе из компрессора Т2*=430,0 К; расход влажного воздуха Gв=30 кг/с при относительной влажности воздуха (по вариантам): а) = 0,5; б) = 0,65; в) = 0,8. Задача 5. Определить параметры воздуха за промежуточным воздухоохладителем (ВО) ГТУ и тепловую мощность отбираемую от воздуха в ВО, если температура и давление воздуха при выходе из КНД Т21*=400 К, Р21*=0,2980 МПа; степень охлаждения воздуха в ВО θ=0,86; температура окружающей среды Та=278,0 К; расход воздуха Gв=35 кг/с. Задача 6. Определить параметры воздуха за компрессором высокого давления (КВД) ГТУ и мощность КВД, если температура и давление при входе в КВД Т*12=307 К, Р*12=0,31 МПа; расход воздуха Gв=42 кг/с; степень сжатия π*КВД=8,2; политропный КПД КВД ПКВД=0,89. Задача 7. Определить тепловую мощность, подведенную к рабочему телу в камере сгорания (КС) ГТУ и относительный расход топлива, если температура воздуха при входе в КС Т*2 = 470 К, температура продуктов сгорания (газа) при выходе из КС Т*3 = 1400 К, температура топлива Т*Т = 400 К, теплоемкость топлива СТ=2,38 кДж/кг∙К, расход воздуха Gв = 72,0 кг/с, коэффициент полноты сгорания КС=0,98, низшая теплотворная способность топлива QРН=49310 кДж/кг, стехиометрический коэффициент L0 = 16,7 кг возд./кг топл. Задача 8. Определить основные характеристики чистых продуктов сгорания, если температура продуктов сгорания Т*3 = 1373 К; объемный состав топлива СН4 = 0,9756; С2Н6 = 0,0512; С4Н10 = 0,041; СО2 = 0,015; N2 = 0,0062; H2S = 0,001. Прочие параметры принять по данным примера 10.10. Задача 9. Вывести формулы для расчета коэффициента избытка воздуха и топлива, если в КС кроме топлива и воздуха подводится вода с расходом . Определить относительный расход топлива в КС, если известны: температура воздуха за компрессором Т*2 = 480 К, температура газа перед турбиной Т*3 = 1373 К, расход воздуха Gв = 30,0 кг/с, расход воды GW = 1,5 кг/с, температура воды ТW = 370 К, температура топлива Т*Т = 420 К, удельная теплоемкость топлива Срт=2,84 кДж/кг∙К, коэффициент полноты сгорания КС=0,98, стехиометрический коэффициент L0 = 16,5 кг возд./кг топл., теплотворная способность топлива QРН=49100 кДж/кг. Задача 10. Определить коэффициент полезного действия турбины по параметрам торможения η*Т, если политропный КПД этой турбины *ПТ=0,9, степень расширения πТ*=10,0, показатель адиабаты принять равным k=1,33. Задача 11. Определить тепловую мощность, подведенную к рабочему телу в камере сгорания (КС) ГТУ, если расход воздуха Gв = 50,0 кг/с, температура воздуха Т*2 = 510 К, температура газа за КС Т*3 = 1500 К, стехиометрический коэффициент L0 = 16,2 кг возд./кг топл. Теплосодержанием топлива пренебречь. Задача 12. Вычислить расход топливного газа в камере сгорания (КС) ГТУ, если расход воздуха Gв = 30,0 кг/с, температура воздуха перед КС Т*2 = 450 К, температура продуктов сгорания Т*3 = 1450 К, стехиометрический коэффициент L0 = 15,9 кг возд./кг топл. Задача 13. Определить тепловую мощность, подведенную к рабочему телу в камере сгорания промежуточного подогрева газа (КСППГ), если в основной КС расход воздуха Gв=35,0 кг/с; коэффициент избытка воздуха в основной КС α=3,5; температура газа перед КСППГ Т*41=1100 К; температура газа за КСППГ Т*32=1300 К; коэффициент полноты сгорания топлива в КСППГ ηКСППГ=0,98, стехиометрический коэффициент L0=16,30 кг возд./кг топл.; низшая теплотворная способность топлива QНР=47800 кДж/кг; теплосодержанием топлива пренебречь. Задача 14. Определить параметры при выходе из турбины высокого давления (ТВД), если эта турбина вращает компрессор мощностью компрессоров: 24500 кВт; расход газа Gг=52 кг/с; температура и давление газа перед ТВД Т*3=1350 К, Р*3=1,86 МПа; коэффициент избытка воздуха α=3,6. Задача 15. Определить эффективную мощность газотурбинной установки, если температура и давление газа перед силовой турбиной Т*41=910 К; Р*41=0,22 МПа; коэффициент избытка воздуха α=4,5; политропный КПД турбины ПТ=0,91; расход газа Gг=75 кг/с; давление воздуха в окружающей среде Ра=0,1013 МПа. Задача 16. Определить предельно допустимое по условиям прочности число оборотов ротора турбины, если высота лопатки l=0,11 м, средний диаметр DТ=0,8 м, коэффициент, учитывающий форму пера лопатки при расчете напряжений у корня лопатки Кн=6∙10-6, допустимое напряжение [σ]=150 МПа. Задача 17. Определить оптимальную по КПД и мощности степень сжатия воздуха в компрессоре ГТУ простой термодинамической схемы при следующих данных: температура газа перед турбиной Т*3=1500 К; расход воздуха через компрессор Gв=70,0 кг/с; коэффициенты потерь в узлах принять самостоятельно (табл. 10.3). Температура и давление воздуха в окружающей среде Та=288 К, Ра=0,1013 МПа. Таблица 10.3 Ориентировочные значения коэффициентов потерь в узлах ГТУ
В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Теплофизика в нефтегазовых технологиях» предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм проведения занятий:
10.1. Основная литература. 1. Елисеев Ю.С. и др. Теория и проектирование ГТиКУ. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000. 2. Газотурбинные установки. Конструкции и расчет./ Под общей ред. Л.В. Арсеньева и В.Г. Тырышкина. - Л.: Машиностроение, 1978. 3. Бекнев В.С., Михальцев В.Е., Шабаров А.Б. Турбомашины газотурбинных и комбинированных установок. - М.: Машиностроение, 1983. 4. Ольховский Г.Г. Энергетические газотурбинные установки. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 5. Пчелкин Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1973. 6. Теплообменные устройства газотурбинных и комбинированных установок / Грязнов Н.Д., Епифанов В.М., Иванов В.Л., Манушин Э.А. - М.: Машиностроение, 1985. 10.2. Дополнительная литература 1. Кириллов И.И. Теория турбомашин. - М.: Машиностроение, 1972. 2. Поршаков Б.П. Газотурбинные установки. - М.: Недра, 1992. 3. Арсеньев Л.В. Комбинированные установки электростанций. - СПб.: СПбГТУ, 1993. 4. Ахмедзянов А.М., Алаторцев В.П., Гумеров Х.С. и др. Проектирование авиационных ГТД. - Уфа: УАИ, 1987. 5. Еремин Н.В., Степанов О.А., Яковлев Е.И. Компрессорные станции магистральных газопроводов. - СПб.: Недра, 1995. 6. Ревзин Б.С., Ларионов И.Д. Газотурбинные установки с нагнетателями для транспорта газа. - М.: Недра, 1991. 7. Микаэлян Эксплуатация газотурбинных газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций газопроводов М.: Недра, 1994. 8. Антипьев В.Н., Земенков Ю.Д., Шабаров А.Б. Эксплуатация магистральных газопроводов. - Тюмень: Вектор Бук. 2002. 9. Михальцев В.Е., Моляков В.Д. Методика приближенного расчета цикла газотурбинной установки: М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1990. 10.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
Для работы на практических занятиях необходим пакет программ Maple 12 (или выше); 3. www.libtech.ru – библиотека технической литературы «Нефть и газ»
Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, лекционная аудитория для проведения лабораторных занятий. |
Рабочая программа для аспирантов специальности 05. 04. 12 Турбомашины... Рассмотрено на заседании кафедры механики многофазных систем «03»сентября 2011 г., протокол №2 | Рабочая программа для аспирантов специальности 05. 04. 12 «Турбомашины... Рассмотрено на заседании кафедры механики многофазных систем «03» сентября 2011 г., протокол № | ||
Рабочая программа для аспирантов специальности 05. 04. 12 «Турбомашины... Рассмотрено на заседании кафедры механики многофазных систем «03» сентября 2011 г., протокол №2 | Учебно-методический комплекс Рабочая учебная программа для студентов... Рассмотрено на заседании кафедры журналистского мастерства, 26. 03. 2008 №7. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и... | ||
Учебно-методический комплекс Рабочая учебная программа для студентов... Рассмотрено на заседании кафедры журналистского мастерства, 26. 03. 2008 №7. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и... | Учебно-методический комплекс Рабочая учебная программа для студентов... Рассмотрено на заседании кафедры Истории и теории журналистики, 26. 03. 2008 №6. Соответствует требованиям к содержанию, структуре... | ||
Рабочая программа для студентов направления 220501. 65 Управление... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | Учебно-методический комплекс заочная и для студентов направление... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | ||
Рабочая программа для студентов направления 081100. 62 "Государственное... | Рабочая программа для студентов специальности 010500. 65 Математическое... Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | ||
Учебно-методический комплекс Рабочая учебная программа для студентов... Рассмотрено на заседании кафедры Истории и теории журналистики, 26. 03. 2008 №6. Соответствует требованиям к содержанию, структуре... | Учебно-методический комплекс Рабочая учебная программа для студентов... Рассмотрено на заседании кафедры Истории и теории журналистики, 26. 03. 2008 №6. Соответствует требованиям к содержанию, структуре... | ||
Учебно-методический комплекс Рабочая учебная программа для студентов... Рассмотрено на заседании кафедры Истории и теории журналистики, 26. 03. 2008 №6. Соответствует требованиям к содержанию, структуре... | Учебно-методический комплекс для студентов специальности 031001.... Рассмотрено на заседании умк филологического факультета 23. 09. 2008 г., протокол №1 | ||
Учебно-методический комплекс по дисциплине финансовый анализ специальность... Форма обучения – очная, заочная, очно-заочная (вечерняя) сокращенная на базе спо формы обучения | Рабочая программа для студентов всех направлений магистерской подготовки... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |